Instituto Tecnolgico De Ciudad Madero

Metal MecnicaLaboratorio de Ingeniera Mecnica

Ingeniera de Materiales MetlicosPrctica N 5:

Materias primas y productos del alto horno

INDICE

Objetivo3

Consideraciones tericas2

Desarrollo7

Clculos y resultados8

Observaciones11

Conclusiones11

Bibliografas12

a) Objetivo.

Que el alumno conozca las materias primas que se usan en el alto horno y los productos que se obtienen del mismo observando sus propiedades fsicas ms relevantes, por inspeccin visual y palpacin.

b) Consideraciones tericas.

Investigar sobre: Breve desarrollo histrico de la metalurgia, Qu es metalurgia?, Qu es metalurgia extractiva? Y Qu es metalurgia fsica?, Pre beneficios (preparacin de minerales) y beneficio de los minerales de Fe, Propiedades de los minerales de Fe, fundentes y combustibles (coque), Propiedades de los arrabios y escorias del alto horno, as como el uso y aprovechamiento de los gases del alto horno.

Breve desarrollo histrico de la metalurgiaLos principios de la metalurgia son un misterio para la ciencia moderna, como poco que queda del desarrollo temprano de las herramientas necesarias para la fabricacin de objetos metlicos. En algn momento de la prehistoria, el hombre logr determinar que al fundir ciertas rocas, podran amoldarlas en nuevos objetos con funcionalidad y mayor durabilidad. Cun pronto esto ocurri tras la capacidad del hombre de crear fuego se desconoce, pero los arquelogos especulan que pudo haber sido tan pronto como una generacin. Se sabe que algunos de los primeros artefactos conocidos son de carcter decorativo, como simples collares y anillos.

Qu es metalurgia?La metalurgia es la tcnica de la obtencin y tratamiento de los metales a partir de minerales metlicos. Tambin estudia la produccin de aleaciones, el control de calidad de los procesos. La metalrgica es la rama que aprovecha la ciencia, la tecnologa y el arte de obtener metales y minerales industriales, partiendo de sus menas, de una manera eficiente, econmica y con resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la humanidad.

Qu es metalurgia extractiva?Metalurgia extractiva es el estudio de los procesos utilizados en la separacin y concentracin de las materias primas. El campo es una ciencia aplicada, que cubre todos los aspectos de los procesos fsicos y qumicos utilizados para producir los materiales minerales que contienen y metlicos, a veces al uso directo como un producto acabado, pero ms a menudo en una forma que requiere un procesamiento ms fsica que es generalmente el tema de la metalurgia fsica, cermica, y otras disciplinas dentro del amplio campo de la ciencia de los materiales.

Qu es metalurgia fsica?Es la ciencia que se ocupa de las caractersticas fsicas y mecnicas de los metales y aleaciones y las causas que la originan como la composicin qumica y la estructura interna (cristalina), as como el tratamiento mecnico y trmino.

Pre beneficios (preparacin de minerales) y beneficio de los minerales de FePreparacin y enriquecimiento del mineral.A las operaciones de preparacin y enriquecimiento del mineral pertenecen: la trituracin, clasificacin, calcinacin, lavado, separacin electromagntica y tostacin. El proceso de fusin en los altos hornos, el gasto de combustible y la calidad del hierro colado que se obtiene, dependen de la calidad de preparacin del mineral.La trituracin se realiza en molinos de mandbulas o de cono; el mineral triturado se clasifica en cribas o tamices de estructura especial; los pedazos grandes se separan de los finos, los cuales se someten posteriormente a la tostacin.Tostador de mineralesLos pedazos de gran tamao, de 30 a 100 mm, se clasifican en grupos y se envan a la fusin. Para hacer mineral poroso de fcil reduccin y libre de impurezas perjudiciales, se somete a calcinacin en hornos especiales. Los minerales que tienen mucha arcilla, arena, tierra arcillosa, etc. se lavan con agua. Durante el lavado, la ganga se separa por medio de un chorro fuerte de agua. Los minerales que poseen propiedades magnticas se clasifican en instalaciones especiales, en las cuales unos imanes elctricos separan las partculas del mineral de hierro, rechazando la ganga no magntica. Los pedacitos de mineral y cisco de coque se someten a tostacin con objeto de obtener pedazos ms grandes. El equipo para tostar consta de una transportadora, compuesta de carros que se mueven por una va cerrada.La mezcla humedecida del mineral y del combustible desmenuzado se carga sobre las parrillas de los carros, formando una capa de 250 mm, el combustible se inflama por medio de un quemador y se hace pasar aire de arriba hacia abajo. Al quemarse el combustible, la temperatura se eleva a 1 2001 300 C, con lo cual los pequeos trozos del mineral se aglomeran en pedazos porosos (aglomerado), adecuados para la fusin en los altos hornos.Actualmente se ha empezado a emplear la tostacin de la mezcla e mineral, combustible y fundente (bsico) con el objeto de obtener un aglomerado enriquecido en fundente. Esta medida aumenta considerablemente la capacidad de produccin de los altos hornos y disminuye el gasto de combustible en la obtencin de hierro fundido.

Beneficio de los minerales de hierroLa extraccin de los minerales se realiza de maneras muy diversas segn las circunstancias que concurren en cada caso. En general, como el mineral se suele presentar formando grandes masas, siempre suele ser necesario emplear importantes cantidades de explosivos para romperlas y facilitar su extraccin. Para arrancar el mineral se emplean potentes mquinas excavadoras y luego se machacan, trituran y criban los trozos de mineral hasta obtener tamaos apropiados para su transporte o utilizacin. Las explotaciones se hacen a cielo abierto o en galeras subterrneas.Los minerales despus de ser extrados deben sufrir, segn sea su calidad, tratamientos diversos. A veces es necesario lavarlos para eliminar las materias terrosas o arcillas con las que suelen estar mezclados. Otras veces los carbonatos son calcinados para transformarlos en xidos y tambin, a veces, se calcinan ciertas magnetitas muy duras y compactas para transformarlas en xido frrico de ms fcil reduccin y aumentar su porosidad o para eliminar algo del azufre que contienen.Los minerales despus de ser machacados, triturados y molidos, se clasifican por cribado o por procedimientos magnticos. Posteriormente, los tamaos finos de riqueza aceptable se suelen aglomerar o sinterizar antes de su carga en los hornos altos. Cuando la humedad que contienen es muy elevada, se secan en hornos rotatorios para reducir el porcentaje de agua que les acompaa.

Propiedades de los minerales de Fe, fundentes y combustibles (coque)Propiedades del hierroEl estado del hierro en su forma natural es slido (ferromagntico). El hierro es un elemento qumico de aspecto metlico brillante con un tono grisceo y pertenece al grupo de los metales de transicin. El smbolo qumico del hierro es Fe. El punto de fusin del hierro es de 1808 grados Kelvin o de 1535,85 grados Celsius o grados centgrados. El punto de ebullicin del hierro es de 3023 grados Kelvin o de 2750,85 grados Celsius o grados centgrados.El metal de hierro es fuerte, pero tambin es muy barato. Por lo tanto, es el metal de uso ms comn hoy en da. La mayora de los automviles, mquinas, herramientas, los cascos de los buques de gran tamao y la mayora de las piezas de las mquinas estn hechas de hierro.Fundente:Puede ser piedra caliza o arcilla. El fundente se combina qumicamente con la ganga para formar escoria, que queda flotando sobre el hierro lquido, por lo que se puede separar. Adems ayuda a disminuir el punto de fusin de la mezcla.Combustibles:Combustible: que generalmente es carbn de coque. Recuerda. El carbn se obtiene por destilacin del carbn de hulla y tiene alto poder calorfico. El carbn de coque, adems de actuar como combustible provoca la reduccin del mineral de hierro, es decir, provoca que el metal hierro se separe del oxgeno.El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo oxgeno se combina, transformndose, primero en monxido de carbono (CO) y luego en dixido carbnico (CO2).

Propiedades de los arrabios y escorias del alto horno, as como el uso y aprovechamiento de los gases del alto horno.

Fundicin, hierro colado o arrabioEs el producto propiamente aprovechable del alto horno y est constituido por hierro con un contenido en carbono que vara entre el 2% y el 5%. Se presenta en estado lquido a 1800 C. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusin.EscoriaEs un residuo metalrgico que a veces adquiere la categora de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construccin, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricacin de cemento y vidrio. La escoria, como se coment anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria.

Humos y gases residualesSe producen como consecuencia de la combustin del coque y de los gases producidos en la reduccin qumica del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dixido de carbono, monxido de carbono y xidos de azufre.

c) Desarrollo.

Material y/o equipo: Minerales de Fe: Hematita, Combustibles: coque, carbn vegetal. Fundentes: piedra caliza, dolomita, magnecita, cuarzo, calcedonia, cuarcitas, fluorita, etc. Arrabio. Ferroaleaciones: Fe Mn, Fe Si, Fe Si Mn. Escoria. Cuaderno de notas con lpiz o bolgrafo. Cmara fotogrfica. Imn.

Procedimiento:1. Presentar las muestras de las materias primas y productos del alto horno a los lados del dibujo del alto horno.2. Observar sus propiedades fsicas y relevantes como; color, brillo, transparencia, peso especfico, magnetismo, etc.3. Hacer una tabla separando materias primas de productos del alto horno describiendo cada una de las muestras en base al formato ya establecido.

d) Clculos y resultados.

Materiales del alto hornoMaterialFormulaColorBrilloTransparenciaPesoMagnetismo

HematitaFe2O3Rojo NoNoLigeroNo

MagnetitaFe2+(Fe3+)2O4Gris oscuroSiNoPesadoSi

LimonitaFeO(OH)nH2OAmarillo NoNoLigeroNo

PiritaFeS2Verde SiNoPesadoNo

CuarzoSiO2Caf NoNoMedioNo

CalcitaCaCO3Blanco SiNoPesadoNo

FluoritaCaF2Transparente SiSiLigeroNo

CoqueCNegro NoNoLigeroNo

Coque vegetalC2H5Negro NoNoLigeroNo

Coque ref. de petrleoNegro SiNoLigeroNo

BriquetasNegroNoNoLigeroNo

SinterCaf con negroNoNoPesadoNo

Productos del alto hornoMaterialFormulaColorBrilloTransparenciaPesoMagnetismo

ArrabioCafNoNoPesadoSi

EscoriaVerde con grisSi, pocoNoPesadoUn poco

FerromanganesoFeMnNegroNoNoPesadoNo

FerrosilicioFeSiGrisSiNoLigeroNo

FerrosiliciomanganesoFeSiMnGris oscuroSiNoPesadoNo

Evidencia fotogrfica

e) Observaciones

Las materias primas de un alto horno presentado en la prctica presentaban algunas caractersticas que se mencionan a continuacin:

Un terrn de coque desprenda pequeas partculas que al tocarlo se te quedaba impregnado en la mano, el cual al momento de aadirlos al alto horno este se va desintegrando fcilmente en el transporte el cual no es favorable; mientras que el otro terrn de coque mantena su consistencia el cual es el apropiado para el fundicin del acero.Tambin algunas materias presentaban magnetismo (como la magnetita) y su textura era spera con un tono de color pardo oscuro, mientras que otros (la mayora) no lo presentaban.

El brillo solo se presentaban en materiales con una textura lisa, por ejemplo el carbn vegetal tiene una textura spera el cual no emite nada de brillo.

El peso tambin se pudo sentir al tocar los materiales por ejemplo el carbn vegetal tena muy poco peso mientras que la magnetita tena un peso elevado en relacin a su tamao.

f) Conclusiones

El objetivo de la prctica se cumpli ya que al poder tener relacin con las materias primas y productos del alto horno, se pudo obtener una inspeccin y anlisis de las propiedades fsicas ms relevantes por medio visual, y su peso especfico por palpacin.

g) Bibliografa

http://www.ehowenespanol.com/historia-metalurgia-sobre_260896/http://es.wikipedia.org/wiki/Metalurgiahttp://docsetools.com/articulos-utiles/article_103171.htmlhttp://www.monografias.com/trabajos67/proceso-fabricacion-metales-ferrosos/proceso-fabricacion-metales-ferrosos2.shtmlhttp://www.ecured.cu/index.php/Producci%C3%B3n_de_Hierro_fundido

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